Les corrélations classiques font partie de notre quotidien. Par exemple, si l'on met toujours une paire de chaussettes de la même couleur et de la même forme, regarder la couleur ou la forme d'une chaussette détermine la couleur ou la forme de sa paire. Encore plus, en observant la couleur et la forme d'une chaussette et nous pouvons simultanément connaître la couleur et la forme de l'autre.

Dans le domaine quantique, Le principe d'incertitude de Heisenberg stipule que mesurer avec précision une paire de propriétés d'un atome met une limite à la précision de la mesure que vous pouvez obtenir sur les mêmes propriétés d'un autre atome. Par conséquent, si les chaussettes sont dites emmêlées, observer la couleur d'une chaussette permettrait de prédire la couleur de l'autre. Cependant, si on observe aussi la forme de la chaussette, cela "perturberait" la couleur, le rendant complètement imprévisible dans une certaine mesure. Cette étrange "synchronisation" entre les particules est définie comme l'intrication quantique, et est l'une des caractéristiques intrinsèques du monde quantique.

Dans la nature, il existe une forme beaucoup plus étrange de corrélations dites non locales, qui se manifestent par des états intriqués entre des particules atomiques. En faisant les hypothèses minimales que les propriétés des objets (forme/couleur) existent indépendamment de notre connaissance d'eux, et que l'information ne peut pas se propager instantanément, on constate que la physique quantique peut générer des corrélations incompatibles avec ces deux principes apparemment raisonnables.

Bien qu'extrêmement fascinant à étudier, ces corrélations non locales sont très difficiles à caractériser dans des systèmes composés de nombreuses particules pour trois raisons. D'abord, les corrélations classiques sont mathématiquement très complexes à étudier; seconde, les états quantiques à plusieurs corps sont très complexes à décrire en raison de la croissance exponentielle de leurs états décrits; et, troisième, les techniques expérimentales actuellement disponibles sont assez limitées, limitant les mesures pouvant être effectuées en laboratoire. Afin d'explorer le rôle des corrélations non locales dans les systèmes quantiques à N corps, il faut donc aborder ces trois problèmes en même temps.

Dans un article récent publié dans Examen physique X , une équipe de scientifiques du MPQ à Munich, ICFO à Barcelone, L'Université d'Innsbruck et le Centre de physique théorique de l'Académie polonaise des sciences ont proposé un test simple pour étudier les corrélations non locales dans les systèmes quantiques à plusieurs corps. Ils ont étudié si des corrélations non locales apparaissent dans les systèmes naturels en tant qu'états fondamentaux de certains hamiltoniens de spin, tels que les électrons (décrits par leur degré de liberté de spin) dans un système à une dimension spatiale. En combinant les résultats numériques et analytiques, ils ont montré que certains hamiltoniens étudiés par les physiciens depuis quelques décennies ont un état d'énergie minimale pouvant présenter des corrélations non locales.

En tant que premier auteur, Jordi Tura, a commenté, "Nous mettons à disposition un ensemble d'outils pour étudier un problème qui a toujours été compliqué tout seul. Les techniques que nous avons développées sont beaucoup plus simples que les précédentes. Si vous vouliez les mettre en œuvre en laboratoire, vous auriez juste besoin de vous assurer que le système est préparé dans un état d'énergie suffisamment faible."

Les résultats mettent en lumière ce problème fascinant, espérons-le, suscitant de nouveaux progrès dans notre compréhension de la non-localité dans les systèmes quantiques à plusieurs corps.